随着生产的发展、工艺的革新必然导致对操作条件的要求更加严格，变量间的相关关系更加复杂，为适应生产发展的需要，产生了复杂控制系统。在特定条件下，采用复杂控制系统对提高控制品质，扩大自动化应用范围起着关键性作用。做粗略估计，通常复杂控制系统约占全部控制系统的10%，但是，对生产过程的贡献则达80%

常用的复杂控制系统有串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择控制系统、前馈控制系统等等。

复杂控制系统串级控制系统

采用不只一个控制器，而且控制器间相互串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统，称为串级控制系统。其特点是由于副回路作用，对于进入副回路的干扰具有较强的干扰能力，改善了对象特性，提高了工作频率。

复杂控制系统比值控制系统

凡是用来实现两个或者两个以上的物料按照一定比例关系关联控制，以达到某种控制目的的控制系统，称为比值控制系统。其分为单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统和变比值控制系统。

复杂控制系统均匀控制系统

用来解决前后被控量供求矛盾，保证它们的变化不会反应过于剧烈的一种控制方案。

复杂控制系统前馈控制系统

根据扰动或者设定值的变化按补偿原理而工作的控制系统，其特点是当扰动产生以后，被控量还未变化以前，根据扰动作用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变量的影响。

复杂控制系统分程控制系统

一般而言，通过对一只调节阀的操作便能够实现对一台调节器的输出工作，如果通过一只调节器对两个或者是两个以上的调节阀进行控制，并且是通过对信号的分析根据不同的需求去对不同的阀门进行操作，这种控制方式就是分程控制。分程控制经常应用于DCS系统中，在化工行业获得了较为广泛的应用。在分程控制的作用下，将一个调节器的信号进行分段处理，信号被分为若干段以后，每段信号对应一个执行器进行控制工作，通过执行器的分段连续共同完成一个较为复杂的任务。例如在化工生产中，受到原料的物理或者是化学属性的影响，需要对其进行严密的控制，这就借助于分程控制。例如对于氮气而言，需要利用密封的方式对其进行储存，且氮气的压力需要维持在一定的范围内。在化工生产中，一些材料是通过利用氮气的压力作为动力进行传送的，在对氮气压力的维持下，实现了原料传送的稳定性。

在分程控制的应用中，需要做好两个方面的工作，第一要确保氮气的足够供应，即在罐内的压力过低时，需要及时的对罐内补充氮气，第二在罐内压力过高时，需要及时的降压，进而实现罐内压力的均衡发展，这就需要借助分程控制来实现对氮气的及时补充和排放。分程控制具有明显的优越性，主要表现在可以实现对调节阀的调节范围的扩大，及时的对调节阀的工作进行调整，满足各种生产和工作的需求，同时还能够满足工艺操作的特殊要求。例如在间歇性的化学反应中，在反应物进入设备开始生产时，为了达到材料反应的温度，在刚开始时就进行加温，但是温度达到一定的要求后，在化学反应的推动下，还会产生大量的热量，如果不进行热量转移，就会加速反应，导致爆炸的威胁，这就需要解决预热问题，而分程控制正好解决了这一问题。利用调节器设置温度的定值，可以确保反应在一定的温度范范围内进行，避免了温度过高引起的反应剧烈问题，消除了化工生产中的安全隐患。

在单回路控制系统的基础上，再增加计算环节，控制环节或者其他环节的控制系统称为复杂控制系统

单回路控制系统是过程工业中最常用的控制系统，但由于被控对象的复杂性，有时单回路控制系统无法达到要求的控制质量，必须采用多回路的复杂控制系统 。

复杂控制系统能解决简单控制系统不能解决的控制问题，一般而言复杂控制系统都是为了解决某个特殊矛盾而产生并发展的，它们均有各自的适用场合，不能随便乱用。能用简单控制系统解决的问题就不宜采用复杂控制系统；复杂控制系统如果使用不当，不仅增加投资，还不能奏效，反而会带来不必要的麻烦 。